死区时间分析与计算：电力电子系统中的关键参数

死区时间分析与计算：电力电子系统中的关键参数

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_57719329/article/details/126322526

死区时间在电力电子系统中扮演着重要角色，其主要作用体现在两个方面：

1. 通过上下开关的时间差防止H桥直通问题
2. 为开关两端的缓冲电容提供充放电时间，实现开关的零电压开通（ZVS），从而降低传输功率过程中的损耗，提高传输效率

随着开关频率的提升，死区时间的重要性日益凸显。在过去，死区时间可能仅占开关周期的2%，而现在，在一些实验样机（如500K）中，这一比例可能达到0.15~0.2。

死区时间四状态分析

以DAB（双向直流变换器）中S3、S6、S7导通为例进行分析：

第一阶段：0<t<TC

• t=0时刻，S2关断，进入死区时间
• 电感L与缓冲电容C1、C2发生共振
• 电感L对缓冲电容C1放电，对缓冲电容C2充电
• TC时刻完成对缓冲电容的充放电过程

第二阶段：TC <t< T1

• t= TC时刻，缓冲电容C1、C2完成充放电过程
• 若死区时间还未结束，S1仍保持关断
• 电流通过二极管续流，电感L被VCD钳位
• 电感电流iL保持上升直至T1时刻，此时电感电流上升到0

第三阶段：T1 <t< T2

• t= T1时刻，电感电流由负变正
• 电感L与缓冲电容C1、C2再次发生共振
• 电感L对缓冲电容C1充电，对缓冲电容C2放电（与第一阶段相反）
• T2时刻再次完成缓冲电容的充放电过程

第四阶段：T2 <t< T3

• t= T2时刻，电容完成充放电后
• 由于此刻电流正向流通，通过S2的二极管续流
• 电感电压再次被钳位，电流开始降低
• 至T3时刻，电感电流降为0

若死区仍未结束，电感电流iL和S1、S2的缓冲电容电压将不断重复上述四个过程，直至死区时间结束。

死区时间计算

死区时间计算的核心方程如下：

以SPS（单相全桥）为例，当S2、S3从开通转为关断进入死区阶段时，需要判断Vcd和电感电流。此时，需要对S2、S3进行充电，对S1、S4放电。同时，对C1放电，对C2充电。通过KCL（基尔霍夫电流定律）列出方程并求解微分方程。

电流和电压可以用以下两种形式表示：

• A1sin(wt)+A2cos(wt)
• Asin(wt+x)

推荐使用第二种形式，因为它更直观。需要注意电流公式中的移相角。

死区时间的最大值（Tmax）

由于缓冲电容通常很小（PF级），且L>>C，因此移相角要么近似为90°，要么近似为-90°。这意味着死区的最大时间是谐振周期的1/4（Tmax）。一旦超过这个时间，电流就会换相，死区阶段将进入第三阶段。

死区时间的最小值（Tmin）

• 对于C1放电，Uc1(Tc)=0时刻放电结束
• 对于C1充电，Uc1(Tc)=Vin时刻充电结束
• 对应的Tc就是Tmin，即死区第一阶段结束时刻

如果出现Tmax<Tmin的情况，即电流要换相但电压还没降到0，此时应选择Tmax作为死区时间。因为电流换相后，充放电方向会反转，虽然在当前时刻无法实现ZVS，但可以尽可能降低开关损耗。

总结

在计算死区时间时，需要优先确认Vab、Vcd、iL。由于TPS（三相全桥）调制中工况复杂，各时刻的开关状态和电流初始值可能不同，因此需要单独计算每个桥臂开关管的死区时间。